ПАХТ_ХТБ_КУРСОВАЯ_РАБОТА
.docxФедеральное государственное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет
им. С. М. Кирова»
Институт химической переработки биомассы дерева и техносферной безопасности
Кафедра технологии древесных композиционных материалов и инженерной химии
Курсовая работа
«Расчет теплообменного аппарата»
По дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»
Выполнила: студентка
III кура института ИХПДиТБ
Проверил: де Векки А.В.
Санкт-Петербург
2017
Содержание
Введение 3
Расчет 5
1. Исходные данные 5
2. Расчет тепловой нагрузки 5
3. Ориентировочный выбор теплообменника 6
4. Коэффициент теплопередачи 8
5. Расчетная площадь поверхности 10
Заключение 13
Список литературы 14
Введение
Теплообменная аппаратура составляет весьма значительную часть технологического оборудования в химической и смежных отраслях промышленности. Она предназначена для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.
Теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим признакам:
-
по конструкции
✓аппараты, изготовленные из труб (кожухо-трубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные змеевико-вые, воздушного охлаждения);
✓аппараты, поверхностность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые);
✓ аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.);
-
по назначению
✓ холодильники
✓ подогреватели
✓ испарители
✓ конденсаторы;
-
по направлению движения теплоносителей
✓ прямоточные
✓ противоточные
✓ перекрестного тока
В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической и смежных отраслей промышленности в России около 80 % занимают кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т. е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур.
Теплообменники типа «труба в трубе» и змеевиковые стальные в общем объеме теплообменной аппаратуры составляют около 8 %, а оросительные из чугуна — около 2 %.
Доля спиральных и пластинчатых теплообменников и аппаратов воздушного охлаждения пока невелика, но на вновь строящихся технологических линиях аппараты этого типа занимают все большее место.
Условия проведения процессов теплообмена в промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразны. Эти аппараты применяют для рабочих сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная жидкость, эмульсия и др.) в широком диапазоне температур, давлений и физико-химических свойств. Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена (от нескольких до нескольких тысяч квадратных метров в одном аппарате). В размерном ряду теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат.
Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам. Выбор конструкции аппарата для определенных условий теплообменного процесса зависит в основном от эрудиции и интуиции конструктора. Однако существуют рекомендации общего характера, которыми можно руководствоваться при выборе конструкции теплообменника и схемы движения в нем теплоносителей:
-
при высоком давлении теплоносителей предпочтительнее трубчатые теплообменники; в этом случае в трубное пространство желательно направить теплоноситель с более высоким давлением, поскольку из-за малого диаметра трубы могут выдержать большее давление, чем корпус;
-
коррозионный теплоноситель в трубчатых теплообменниках целесообразно направлять по трубам, так как в этом случае при коррозионном изнашивании не требуется замена корпуса теплообменника;
-
при использовании коррозионных теплоносителей предпочтительнее теплообменные аппараты из полимерных материалов, например фторопласта и его сополимеров, обладающих уникальной коррозионной стойкостью;
-
если один из теплоносителей загрязнен или дает отложения, то целесообразно направлять его с той стороны теплообмена, которая более доступна для очистки (в змеевиковых теплообменниках — это наружная поверхность труб, в кожухотрубчатых — внутренняя);
-
для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение скорости теплоносителя (так, например, при конденсации паров для улучшения теплообмена необходимо обеспечить хороший отвод конденсата с теплообменной поверхности, для чего следует подобрать аппарат соответствующей конструкции).
Расчет
1. Исходные данные
Вещество : Ацетон
Массовые расход : = 1.5 кг/с;
Начальная температура : = 15
Конечная температура : = 45
Давление технического водяного пара = 1 кгс/с
2. Расчет тепловой нагрузки
Абсолютное давление пара:
Этому давлению соответствует температура конденсации
Составим температурную схему процесса
Определяем среднюю разность температур
Большая разность температур :
Меньшая разность температур :
Средняя разность температур :
Средняя температура ацетона
Плотность при равна кг/
Объёмный расход ацетона равен: =
Удельная теплоемкость ацетона при его средней температуре
2190 Дж/кг
Определим объём теплоты на нагрев
() =
Определим удельную теплоту конденсации греющего пара
r = 238565 *
Расход греющего пара
кг/с
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена по таблице для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидеостям.
С запасом 15%
24.49
3. Ориентировочный выбор теплообменника
Коэффициент вязкости ацетона
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным течением жидкостей.
В теплообменных трубах Ø 25 х 2 мм по ГОСТ 15118-79, 15120-79б 15122-79 скорость пара для обеспечения турбулентного режима при Re > 10000 должна быть более
Число труб обеспечивающих объёмный расход при R= 10000
Условиям n < 29 и F < 21.30 удовлетворяет согласно таблице [1,с.215] теплообменник :
Одноходовой теплообменник с числом труб n= 37 и внешнем сечением кожуха D=273 мм
Уточняем значение Re для теплообменника
Коэффициент теплопроводности ацетона
Критерий Прандтля для ацетона
Критерий Нуссельта для ацетона
Отношение было принято равным 1 с последующей проверкой.
Коэффициент теплопередачи равен
Коэффициент теплопередачи при конденсации водяного пара
Где
4. Коэффициент теплопередачи
Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара и ацетона[1,табл.XXXI]
Коэффициент теплопроводности стали
Толщина стенки стальной теплообменной трубы
Сумма термических сопротивлений
Поверхностная плотность теплового потока
Проверим соотношение учитывая выражение
=
Для равенства частей необходима поправка коэффициента К.
Тогда поверхностная плотность теплового потока равна
Проверим соотношение
=
5. Расчетная площадь поверхности
С запасом 15% :
Теплообменник с количеством труб L= 3 имеет площадь
Число элементов в двух секциях
Общее число элементов
Заключение
Целью работы является расчёт и проектирование теплообменного аппарата предназначенного для подогрева ацетона водяным паром.
В тепловом расчете мы определили необходимую площадь теплопередающей поверхности, в нашем случае 24.49, которая соответствует заданной температуре и оптимальным гидродинамическим условиям процесса. По полученным расчетным данным был выбран теплообменник одноходовой с числом труб n=37, и внешнем сечением кожуха D= 159мм.
Список литературы
-
Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов; под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.
-
Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. — 2-е изд., перераб. и дополн. — М.: Химия, 1991. — 496 с.: ил.